ईंधन सेल: उद्योग शून्य उत्सर्जन की दौड़ में विकल्पों की जांच करता है

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डोमिनिक कारलूकी, मशीनरी, इलेक्ट्रिकल और नियंत्रण प्रौद्योगिकी के लिए ABS प्रबंधक

चित्र साभार: (ABS) © पोलिना क्रॉनिकोवा / शटरस्टॉक

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एबीएस और सैंडिया नेशनल लेबोरेटरीज सहित एक समुद्री कंसोर्टियम ने हाल ही में पर्यावरण के प्रति संवेदनशील सैन फ्रांसिस्को खाड़ी क्षेत्र में संचालन के लिए डिज़ाइन किए गए हाइड्रोजन ईंधन सेल फेरी की व्यवहार्यता को साबित किया।

अगले साल की शुरुआत में समुद्री ईंधन में सल्फर सामग्री को कैप करने के लिए आईएमओ के जनादेश में दोहरे पतवारों की आवश्यकता के बाद से शिपिंग में सबसे बड़ा नियामक परिवर्तन हो सकता है, लेकिन ग्रीन-हाउस गैसों को कम करने के लिए अपने भविष्य के लक्ष्यों की तुलना में चुनौती फीकी हो जाएगी। जीएचजी)।

एक साल पहले (अप्रैल 2018), आईएमओ ने प्रारंभिक रणनीति पर सहमति व्यक्त की, जिसमें 2030 तक कार्गो-टन मील के आधार पर CO2 उत्सर्जन में न्यूनतम 40% की कमी और 2050 तक शिपिंग से जीएचजी उत्सर्जन में 50% की कमी का समर्थन करना था। और उस लक्ष्य को सूचित करें, जहाजों से उत्सर्जन डेटा का अनिवार्य संग्रह जनवरी में शुरू हुआ। 2023 में आईएमओ की अंतिम रणनीति का अनावरण किया जाएगा। अंतरिम में, यह अपने चौथे जीएचजी अध्ययन को जारी करने और उद्योग के उत्सर्जन पर डेटा एकत्र करने के तीन साल के निष्कर्षों का विश्लेषण और रिपोर्ट करने के लिए प्रतिबद्ध है।

शिपिंग से उत्सर्जन को कम करने के लिए अनिवार्य वैश्विक लक्ष्य अभी तक सबसे महत्वाकांक्षी हैं: उन्हें उपायों की आवश्यकता होगी जो जहाज के डिजाइन में सुधार को जोड़ती हैं; नए ईंधन और प्रणोदन के वैकल्पिक रूपों का निर्माण; परिचालन परिवर्तन; और डिजिटल प्रौद्योगिकी के अनुप्रयोग। क्योंकि नई प्रौद्योगिकी के विकास के बिना उन लक्ष्यों को पूरा करने की संभावना नहीं है, उद्योग और सरकारों को अनुसंधान और विकास के लिए उपलब्ध संसाधनों का विस्तार करने की आवश्यकता होगी।

क्षमता वाली एक तकनीक
जहाज पर ऊर्जा उत्पादन के लिए वादे का एक क्षेत्र ईंधन सेल है। ईंधन सेल वर्तमान में विभिन्न प्रकार के भूमि अनुप्रयोगों में उपयोग किया जाता है, जैसे कि दूरदराज के क्षेत्रों में बिजली प्रदान करने के लिए, साथ ही औद्योगिक, आवासीय और वाणिज्यिक भवनों के लिए। हाइड्रोजन ईंधन कोशिकाओं से ऊर्जा, विशेष रूप से, पहले से ही भूमि आधारित परिवहन वाहनों, जैसे कि नगरपालिका बसों, ट्रेनों और भारी शुल्क वाले ट्रकों, साथ ही औद्योगिक उपकरणों जैसे कि फोर्कलिफ्ट के लिए उपयोग की जाती है।

हालांकि पनडुब्बियों को हाल ही में हाइड्रोजन ईंधन कोशिकाओं का उपयोग करते हुए हाइब्रिड प्रोपल्शन इकाइयों के साथ बनाया गया है, वाणिज्यिक शिपिंग क्षेत्र में इसका उपयोग बड़े पैमाने पर सहायक उद्देश्यों तक सीमित किया गया है: ईंधन सेल शिपबोर्ड को गर्मी और शक्ति प्रदान कर सकते हैं - जिसमें 'होटल' की शक्ति, जैसे कि आवश्यक क्रूज शिप्स - और 'कोल्ड आयरनिंग', एक वैकल्पिक शोरसाइड पावर स्रोत प्रदान करता है जो जहाजों को अपने उत्सर्जन को कम करने के साथ डॉक में अपने इंजनों को बंद करने की अनुमति देता है।

इसके अतिरिक्त, छोटे यात्री घाट और अन्य लघु-समुद्री जहाजों पर आवेदनों की जांच करने के लिए समुद्री क्षेत्र में बहुत सारे अनुसंधान और प्रोटोटाइप हैं। एबीएस, सैंडिया नेशनल लेबोरेटरीज के साथ साझेदारी में, हाल ही में सैन फ्रांसिस्को खाड़ी क्षेत्र में उपयोग के लिए उच्च गति, हाइड्रोजन-ईंधन वाले घाट की व्यवहार्यता की पुष्टि की। अलग-अलग, नॉर्वे ने पिछले साल देर से हाइड्रोजन-संचालित हाई-स्पीड फ़ेरी और शॉर्ट-सी फ़्री फाइटर के निर्माण के लिए धन उपलब्ध कराया।

संभावित, और चुनौतियां
हाइड्रोजन ईंधन कोशिकाओं की तकनीक में उभरते पैमाने पर बैटरी से चलने वाले विकल्पों की तुलना में अपेक्षाकृत जल्दी ईंधन भरने के साथ औद्योगिक पैमाने पर विश्वसनीय, लंबी दूरी की बिजली देने की क्षमता है। हाइड्रोजन में बैटरी की तुलना में उच्च ऊर्जा घनत्व होता है, जो संभावित रूप से ईंधन-सेल सिस्टम को पारंपरिक बंकर-ईंधन प्रणोदन इकाइयों को बदलने या पूरक करने वाले ऑपरेटरों के लिए अधिक व्यावहारिक बनाता है।

हालांकि, हाइड्रोजन की सोर्सिंग ऊर्जा गहन हो सकती है। नवीकरणीय रूप से उत्पन्न हाइड्रोजन के समावेश के बिना, मीथेन या इसी तरह की प्रक्रियाओं द्वारा उत्पादित हाइड्रोजन के लिए जीएचजी गैस पर शुद्ध प्रभाव नगण्य है। इसके अलावा, हाइड्रोजन को डीपसी समुद्री ईंधन के रूप में अपनाना भी चुनौतियों के बिना नहीं है, पहले भी सुरक्षा कारकों पर विचार किया जाता है।

विभिन्न ऊर्जा स्रोतों की ऊर्जा घनत्व की तुलना करना महत्वपूर्ण है - ईंधन कोशिकाओं सहित - बेहतर तरीके से समझने के लिए कि उन्हें वैश्विक शिपिंग के लिए उपयुक्त होने से पहले कैसे परिपक्व होने की आवश्यकता है, जहां कार्गो की गाड़ी मुख्य ध्यान केंद्रित है। सामान्य तौर पर, ईंधन सेल सिस्टम को कम रखरखाव (संभावित रूप से कम रखरखाव लागत की पेशकश) और लंबी सेवा जीवन की आवश्यकता होती है। वे उपस्थित भारी तेल बिजली संयंत्रों की तुलना में कम शोर उत्पन्न करते हैं, जो चालक दल के लिए अधिक आरामदायक कार्य वातावरण में योगदान करते हैं और आसपास के समुद्री जीवन के लिए कम व्यवधान पैदा करते हैं।

हाइब्रिड प्रोपल्शन सॉल्यूशंस के लिए फ्यूल सेल सिस्टम की उपयुक्तता - डीजल के साथ युग्मित - एक व्यापक ट्रैक रिकॉर्ड है। लेकिन शायद सबसे महत्वपूर्ण बात यह है कि 2030 और 2050 में IMO उत्सर्जन अनुपालन के मार्ग की तलाश करने वाले प्रोएक्टिव मालिकों के लिए, हाइड्रोजन ईंधन सेल सिस्टम शून्य GHG उत्पन्न करेगा; ऊर्जा उत्पादन से उनका एकमात्र उपोत्पाद पानी है। एक अन्य प्रमुख चुनौती समुद्री उद्योग के लिए हाइड्रोजन-वितरण प्रणाली विकसित करना होगा जो बड़े जहाजों के वैश्विक नेटवर्क के लिए आवश्यक महत्वपूर्ण मात्रा में उत्पादन और वितरण करने में सक्षम है।

रिफाइनरियों को अपनी उत्पादन प्रक्रियाओं को समायोजित करने के लिए मांग में वृद्धि को समायोजित करना है क्योंकि वैकल्पिक ईंधन लोकप्रियता प्राप्त करते हैं, लेकिन आपूर्ति नेटवर्क को परिपक्व होने की आवश्यकता होगी इससे पहले कि समुद्री उद्योग व्यापक रूप से ईंधन प्रणालियों का उपयोग करने वाली बिजली प्रणालियों को अपनाने के लिए पर्याप्त आत्मविश्वास महसूस करेगा। एक बिजली उत्पादन तकनीक के रूप में, ईंधन कोशिकाएं तुलनात्मक रूप से परिपक्व होती हैं। जहाज के मालिक प्रौद्योगिकी को 'भविष्य के ईंधन' से अधिक कुछ के रूप में देखना चाहते हैं और इसके बजाय समुद्री उद्योग को इसके वर्तमान लाभों को पहचानते हैं क्योंकि वे अपने बेड़े के कार्बन पैरों के निशान को कम करने के लिए कार्य करते हैं और अधिक स्थायी भविष्य की ओर बढ़ते हैं।

ईंधन सेल सिस्टम कैसे काम करता है
एक ईंधन सेल एक उपकरण है जो ऑक्सीजन, या अन्य ऑक्सीडेंट एजेंटों के साथ ईंधन की विद्युत रासायनिक प्रतिक्रिया के माध्यम से एक ईंधन से रासायनिक ऊर्जा को बिजली में परिवर्तित करता है। वे उस ईंधन कोशिकाओं की बैटरी से भिन्न होते हैं जिन्हें रासायनिक प्रतिक्रिया बनाए रखने के लिए ईंधन और ऑक्सीजन (आमतौर पर हवा से) के निरंतर स्रोत की आवश्यकता होती है, जबकि एक बैटरी से ऊर्जा की उपलब्धता उस ऊर्जा की मात्रा से तय होती है जिसे उसने संग्रहीत किया है। ईंधन कोशिकाएं लगातार बिजली का उत्पादन कर सकती हैं जब तक कि उन्हें ईंधन और ऑक्सीजन की आपूर्ति की जाती है।

ईंधन कोशिकाओं के लिए कई प्रकार के डिजाइन हैं। अधिकांश में एनोड, कैथोड और एक इलेक्ट्रोलाइट होते हैं जो ईंधन सेल के कैथोड पक्ष में एनोड से सकारात्मक रूप से आवेशित हाइड्रोजन आयनों (प्रोटॉन के रूप में जाना जाता है) की अनुमति देता है।

सुरक्षा और उभरते विनियमन
वर्तमान में ईंधन सेल प्रतिष्ठानों के लिए पूर्व निर्धारित आवश्यकताओं को प्रदान करने के लिए कोई आईएमओ नियम नहीं हैं; वे विकसित होने की प्रक्रिया में हैं। इन विकासों की समीक्षा निम्न फ़्लैश बिंदु ईंधन आवश्यकताओं के विस्तार के रूप में की जा रही है। हाइड्रोजन, मीथेन और अन्य 'लाइटर-से-एयर' ईंधन, या प्रोपेन (जो हवा से भारी है) जैसे गैसीय ईंधन से संबंधित सुरक्षा मुद्दे, विस्फोट के लिए खतरनाक क्षेत्रों के गठन को रोकने के लिए वेंटिलेशन के लिए विशेष व्यवस्था की आवश्यकता है। ।

कई ईंधन कोशिकाओं के लिए, गैर-हाइड्रोजन आपूर्ति को ईंधन सेल में पेश करने से पहले हाइड्रोजन और अन्य उपोत्पादों के लिए बाहरी रूप से सुधार किया जाता है। तो ईंधन प्रणाली के हाइड्रोजन भाग - सुधारक से ईंधन सेल तक - सावधानीपूर्वक डिजाइन विचार और सुविधाओं की आवश्यकता है।
समुद्री और अपतटीय परिसंपत्तियों के लिए ईंधन सेल प्रतिष्ठानों की सुरक्षा और परिचालन समीक्षा मुख्य रूप से आईएमओ पोत विनियमों, आईएसीएस आवश्यकताओं, लागू औद्योगिक मानकों और नियमों या विशेष ईंधन के डिजाइन और प्रणाली के विन्यास के आधार पर नियमों के साथ संयोजन में आधारित अध्ययन पर निर्भर करती है। ।

गैसों या अन्य कम-फ्लैशपॉइंट ईंधन का उपयोग करते हुए आईजीएफ कोड के रूप में जाना जाने वाला इंटरनेशनल कोड ऑफ सेफ्टी, वर्तमान में ईंधन सेल सिस्टम की आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए संशोधित किया जा रहा है; यह उद्योग द्वारा अनुमानित है कि यह वर्तमान सुरक्षा चुनौतियों के साथ सहायता करेगा।
एक सुरक्षित और अधिक स्थायी अभ्यास का समर्थन और बढ़ावा देने के लिए क्योंकि उद्योग तेजी से ईंधन सेल सिस्टम को अपनाता है, एबीएस जल्द ही प्रोपल्शन और अन्य सहायक उपयोगों सहित प्रौद्योगिकी के लिए समुद्री अनुप्रयोगों पर एक ईंधन सेल गाइड प्रकाशित करेगा। यह एक ऐसे प्रारूप में ईंधन सेल सिस्टम के आवेदन के लिए एक संरचित दृष्टिकोण प्रदान करेगा जो अन्य गैसीय ईंधन और किसी भी भविष्य के तकनीकी उन्नयन को शामिल करने के लिए पर्याप्त लचीला है।

शिपर कुछ चुनौतीपूर्ण पर्यावरणीय निर्णयों का सामना कर रहे हैं क्योंकि अधिक कड़े नियम उनके उद्योग के पाठ्यक्रम को अधिक टिकाऊ भविष्य की ओर ले जाते हैं: इस वर्ष के अंत तक ईंधन पर 0.5% सल्फर कैप; 2030 तक जहाजों से CO2 उत्सर्जन में न्यूनतम 40% की कमी; 2050 तक GHG आउटपुट में 50% की कमी; और संभावित रूप से क्षेत्रीय और राष्ट्रीय सरकारों द्वारा निर्धारित अधिक महत्वाकांक्षी लक्ष्य।

उनके लिए यह विचार करना शुरू करने का समय हो सकता है कि क्या कोई समाधान प्रदान करने में ईंधन कोशिकाओं की भूमिका हो सकती है।

मिस्टर कारलुसी वर्तमान में मशीनरी, इलेक्ट्रिकल और नियंत्रण प्रौद्योगिकी के लिए ABS प्रबंधक हैं। 2008 में एबीएस में शामिल होने के बाद से कारलुसी ने परिसंपत्ति अखंडता प्रबंधन, जीवन चक्र जोखिम और विश्वसनीयता, डिजाइन और योजना की समीक्षा, और उत्पाद और सेवा विकास में कई वरिष्ठ भूमिकाएं निभाई हैं। समुद्री और अपतटीय उद्योगों में व्यापक अनुभव के साथ, कारलुसी की विशेषज्ञता में शामिल हैं: हाइब्रिड पावर एप्लिकेशन, शिप सिस्टम संचालन और रखरखाव, सिस्टम डिजाइन, जोखिम और विश्वसनीयता विश्लेषण (एफएमईए, आरसीएम), और स्थिति / प्रदर्शन की निगरानी। उन्होंने अमेरिकी नौसेना में परमाणु प्रशिक्षित भूतल युद्ध अधिकारी के रूप में कार्य किया। श्री कारलुसी ने ड्यूक विश्वविद्यालय से मैकेनिकल इंजीनियरिंग में विज्ञान के स्नातक और ह्यूस्टन विश्वविद्यालय से बिजनेस एडमिनिस्ट्रेशन में मास्टर की उपाधि प्राप्त की।

यह लेख पहली बार मार्च 2019 में मैरिनन्यूज़ पत्रिका के प्रिंट संस्करण में छपा।